用于检测流过测量管的流体第二介质中的第一介质的气泡或液滴的方法与流程

本发明涉及一种用于检测流过测量管的流体第二介质中的第一介质的气泡或液滴的方法，其中，第一加热元件被布置在测量管上的第一测量点处，其中，第二加热元件被布置在测量管上的第二测量点处，其中，第二测量点被布置在流动方向上与第一测量点相距一定距离处。本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的传感器装置。

背景技术：

1、已知热流量传感器用于确定测量介质或流体(例如气体、气体混合物或液体)的流率或流速。这些利用了以下事实：(流动的)测量介质将热量从加热表面带走。热流量传感器通常由若干功能元件组成，通常至少一个低阻抗加热元件和一个高阻抗电阻元件，它们用作温度传感器。替代地，热流量传感器由若干低阻抗加热元件组成，用作加热器和温度传感器。

2、量热热流量传感器通过布置在加热元件下游和上游的两个温度传感器之间的温度差来确定通道中流体的流量或流率。为此目的，利用这样的事实：直到某一点，温度差相对于流量或流率是线性的。相关文献中广泛描述了该过程或方法。

3、风速热流量传感器由至少一个加热元件组成，该加热元件在流量的测量过程中被加热。由于测量介质在加热元件周围流动，因此发生了向测量介质中的热传输，该热传输随流速而变化。通过测量加热元件的电变量能够推断出测量介质的流速。

4、这种风速热流量传感器通常以以下两种控制类型之一操作：

5、在“恒定电流风速测定”(cca)控制类型中，将恒定电流施加到加热元件。测量在周围流动的介质引起加热元件的电阻变化，从而使加热元件处的电压下降，表示测量信号。“恒定电压风速测定”(cva)控制类型与其类似地起作用，其中，恒定电压被施加到加热元件。

6、在“恒定温度风速测定”(cta)控制类型中，加热元件被保持在平均恒定的温度。借助于这种控制类型能够测量相对较高的流速。取决于流速，借助于流动的测量介质带走或多或少的热量，并且相应地，必须馈送或多或少的电功率以保持温度恒定。该馈送电功率是测量介质的流速的量度。

7、然而，测量介质中的气泡或液滴能够影响流速测量的信息量和准确性。当今市场上有各种用于检测气泡或液滴的系统。这些例如基于超声测量或光学测量。

8、这些系统的缺点是这些是需要被紧固到管道或管道中的附加组件。此外，光学测量必须使用(部分)透明的管道，这排除了使用金属管道。

技术实现思路

1、基于该问题，本发明基于以下目的：提供一种用于检测管道中的异常、特别是气泡或液滴的替代可能性，其克服了上述缺点。

2、该目的通过根据权利要求1的方法和根据权利要求4的传感器装置实现。

3、关于该方法，使得该方法被用于检测流过测量管的流体第二介质中的第一介质的气泡或液滴，其中，第一加热元件被布置在测量管上的第一测量点处，其中，第二加热元件被布置在测量管上的第二测量点处，其中，第二测量点被布置在流动方向上与第一测量点相距一定距离处，该方法包括：

4、-借助于电功率加热第一加热元件和第二加热元件，

5、-同时地借助于第一温度传感器感测在第一测量点处的环境温度并且借助于第二温度传感器感测在第二测量点处的环境温度，其中，确定第一温度传感器的第一电测量变量以感测在第一测量点处的环境温度，并且其中，确定第二温度传感器的第二电测量变量以感测在第二测量点处的环境温度，

6、-形成第一电测量变量与第二电测量变量之间的差，以及

7、-将差的绝对值与参考阈值进行比较，其中，如果差的绝对值至少短暂地超过参考阈值，则检测到气泡或液滴的存在。

8、根据本发明的方法使得可能基于热原理来检测第二介质中的第一介质的气泡或液滴。为此需要两个加热元件。例如，它们能够是已安装的热流量传感器的一部分。

9、该方法能够独立于第二介质的流速进行检测。即使在测量过程中改变流速也不会影响测量，因为所确定的电测量变量之间总是会形成差，该差提供了有关相关测量点处的温度的直接信息。变化的流速对两个测量点的环境温度有直接影响，使得通过形成差异来减少这种变化。这能够以模拟或数字方式执行。

10、物理相界面被称为气泡或液滴。在本文中，气泡是液体(第二介质)内的气体(第一介质)。液体(第一介质)或气体(第二介质)内的液体(第一介质)被称为液滴。

11、测量点的环境温度指定直接邻近相应温度传感器的区域的温度。这基本上由第一或第二介质确定。

12、有利地，能够从差的绝对值的大小推断出液滴或气泡的尺寸或大小。然而，为此目的必须知道第二介质的流速。

13、根据基于本发明的方法的有利实施例，使得第一电测量变量是第一温度传感器两端的第一电压降和/或流过第一温度传感器的第一电流值，并且其中，第二电测量变量是第二温度传感器两端的第二电压降和/或流过第二温度传感器的第二电流值。有利地，两个物理测量变量对应于相同类型，例如在每种情况下为电压、电流等。然而，两个物理测量变量也可能对应于不同的(模拟)类型并且借助于数字化被偏移以彼此匹配。

14、根据基于本发明的方法的有利实施例，使得检测第一测量变量的变化与第二测量变量的对应变化之间的时间，其中，基于检测到的时间和第一测量点与第二测量点之间的已知距离来确定气泡或液滴的流率和/或流体第二介质和/或气泡或液滴的流动方向。能够从气泡或液滴的流速推导出流体第二介质的流速。由于测量的变量不同时变化，而是以取决于气泡或液滴的通过的时间的方式变化，所以可能确定气泡或液滴首先通过哪个测量点。能够由此推导出流体第二介质、或者气泡或者液滴的流动方向。

15、关于传感器装置，使得其包括测量管、第一加热元件、第二加热元件、第一温度传感器、第二温度传感器和控制/评估单元，其中，控制/评估单元是被设计成以执行根据本发明的方法的方式控制第一加热元件、第二加热元件、第一温度传感器和第二温度传感器。例如，能够使用具有所需组件的热流量传感器。

16、根据本发明的传感器装置的有利实施例使得第一温度传感器作为第一加热元件操作，其中，第二温度传感器作为第二加热元件操作。

17、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得第一加热元件和第一温度传感器是分开的元件，并且其中，第二加热元件和第二温度传感器是分开的元件。这些加热元件和温度传感器的全部或一些单独的加热元件和温度传感器能够被布置在公共基板或多个单独的基板上，或者替代地能够例如使用厚膜或薄膜技术直接施加在测量管上。

18、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得第一加热元件和第二加热元件或者第一温度传感器和第二温度传感器是特别是由铂制成的pct或ntc电阻器元件。

19、如果加热元件和温度传感器是分开的元件，则还能够使用包括温度系数为0ppm/k的材料的加热元件，其满足分开的温度传感器的温度依赖性。

20、替代地，使得第一温度传感器和第二温度传感器是热电偶。

21、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得第一温度传感器在设计上与第二温度传感器相同。替代地，温度传感器也能够具有不同的设计。然而，必须知道对应的偏差及其计量效应，并在必要时对其进行补偿。

22、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得第一温度传感器在设计上与第二温度传感器相同。替代地，加热元件也能够具有不同的设计。然而，必须知道对应的偏差及其计量效应，并在必要时对其进行补偿。

23、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得第一温度传感器和第二温度传感器被布置在桥式电路中，其中，第一电阻器串联连接在第一温度传感器的上游，并且其中，第二电阻器串联连接在第二温度传感器的上游，其中，第一电阻器与第二电阻器在设计上相同。

24、替代地，能够以数字形式(例如使用模数转换器)分开检测两个物理测量变量，并且然后能够以数字方式形成差。

25、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得测量管由光学不透明材料、特别是金属材料制成。与用于基于超声波的气泡检测的已建立且已知的测量方法相比，根据本发明的传感器装置或方法也能够用在金属测量管中。当然，除了金属材料之外，其他合适的材料或甚至透明材料也能够被用于测量管。

26、根据基于本发明的传感器装置的有利实施例，使得第一加热元件、第二加热元件、第一温度传感器和第二温度传感器、或者作为第一加热元件操作的第一温度传感器和作为第二加热元件操作的第二温度传感器被布置在测量管的外壁上。

27、根据基于本发明的传感器装置的有利的替代实施例，使得第一加热元件、第二加热元件、第一温度传感器和第二温度传感器、或者作为第一加热元件操作的第一温度传感器或作为第二加热元件操作的第二温度传感器被布置在测量管内。在测量管内部意味着第二加热元件、第一温度传感器和第二温度传感器、或者作为第一加热元件操作的第一温度传感器和作为第二加热元件操作的第二温度传感器能够例如附接到测量管内壁或测量管内壁上。替代地，例如，第二加热元件、第一温度传感器和第二温度传感器、或者作为第一加热元件操作的第一温度传感器和作为第二加热元件操作的第二温度传感器也可能被插入到测量管中并且例如相对于测量管的内壁偏移。

28、替代地，测量点也能够被不同地设计——例如，第一测量点(以及对应的第一加热元件和/或对应的第一温度传感器)能够位于测量管的外部，而第二测量点(以及对应的第二加热元件和/或对应的第二温度传感器)位于测量管的内部，反之亦然。